用于快速显示冠状病毒测试结果的设备及其操作方法与流程

1.本发明一般涉及读取冠状病毒测试结果的荧光信号技术。更具体地，本发明涉及一种用于通过提供一致，且准确的荧光信号现场读数，以便于快速显示冠状病毒测试结果的设备，利用该设备，普通人无需医疗专业人员的帮助就可以在家中进行冠状病毒测试。


背景技术：

2.荧光和胶体金结合物是诊断领域中的两种主要信号渲染方法。荧光免疫分析通过使用专门设计的抗体标记目标分析物而起作用，该抗体在暴露在紫外线光源下才会发光。
3.虽然荧光法通常比胶体金法更敏感，但针对otc或即时护理市场的测试大多使用胶体金法。主要原因是当前的胶体金免疫测定设计在非专业人士的可用性和一致性方面表现更好。胶体金可以直接在试纸上着色，而无需其他设备或培训。同时，使用荧光免疫测定需要专门的读取器，该读取器发出紫外线并读取响应信号。
4.目前，市场上的读者通常是为高通量实验室而设计的，这意味着它们能够进行自动化的大容量测试，但是它们过于昂贵，并且需要对公众进行更为复杂的培训。这是一个显著的缺陷，因为具有公众无法获得的敏感性优势大大降低了早期诊断的机会。
5.在covid
‑
19大流行的背景下，需要一种在冠状病毒测试中，用于一致且准确的现场读取荧光信号的设备，利用该设备，普通人无需医疗专业人员的帮助就可以在家中或工作场所进行冠状病毒测试。


技术实现要素：

6.本发明公开了一种通过提供一致和准确的荧光信号现场读数来快速显示冠状病毒测试结果的设备，利用该设备，普通人无需医疗专业人员的帮助就可以在家中进行冠状病毒测试。
7.在一个优选的实施例中，本发明提供了一种用于一致且准确的现场读取荧光信号的设备，其中用户无需使用电子传感器直接定性地读取荧光。该荧光是从靶向测定物的目标部位的荧光源激发而来的。该设备包括：用于产生激发光的光源，该激发光用于激发测定的荧光源以产生荧光；用于精确地发射较少噪声或反射的激发光和荧光的组件；用于以最小健康风险通过裸眼一致地检测荧光信号的组件；和需要较少培训的用户控制系统。
8.在本发明的另一个优选实施例中，该设备还包括一个半封闭腔室，该腔室作为主干以容纳所有其他组件。优选地，该腔室由不可渗透的材料制成，该不可渗透的材料可以使光传输通道免受悬浮颗粒和环境光噪声的影响。
9.在本发明的另一个优选实施例中，该设备主干使用指定的颜色以更好地对比信号荧光。
10.在本发明的另一优选实施例中，该设备包含对接空间，通过该对接空间将设备设计成一定形状，使得该对接空间紧密配合并固定待分析的测定物。该设备还包括多个锚点，这些锚点减少了所有其他组件的空间变异性，因此限制了用户在读取过程中的晃动或方向
错误方面的变异性。
11.在本发明的另一个优选实施例中，所述腔室由pvc制成。
12.在本发明的另一个优选实施例中，通过使用两个uv
‑
c led灯来产生光源，每个uv
‑
c led灯具有大约365nm的频率和大约0.5瓦的功率。
13.在本发明的另一个优选实施例中，该设备还包括观察窗和施加在观察窗或光源上的多个光谱滤光片，以避免荧光和激发光的重合并防止用户的身体暴露在光线下。
14.在本发明的另一个优选实施例中，出于安全性和敏感性的考虑，激发光源被布置为不直接暴露于使用者的眼睛或不对使用者的眼睛施加任何强反射。在本发明的另一优选实施例中，将激发光源安装成使得激发光主要照射待分析的测定物的目标部位。
15.在本发明的另一个优选实施方案中，待分析的测定物的目标部位和激发光源以45度角和10mm距离放置，这导致最小的偏转。
16.在另一个优选实施例中，本发明提供了一种用于操作用于辅助分析待分析的测定物的荧光源的设备的方法，并且该设备还包括激发光源的程序，大小和多个规格，对接空间和电源按钮。该方法包括以下步骤：
17.(1)确保激发光源的程序，大小和多个规格与待分析的测定物相匹配；
18.(2)将待分析的测定物插入对接空间；
19.(3)通过按下电源按钮来打开该设备；
20.(4)发射激发光，使其照射到待分析的测定物的目标部位上，并激发待分析的测定内的荧光源，然后发出荧光作为响应；和
21.(5)用户根据待分析的测定物的使用说明观察目标部位。
22.本发明的优点是众多的。首先，本发明是经济且易于使用的，这允许公众在没有专业指导的情况下频繁地负担和操作基于荧光的测试。这允许在诸如体育节之类的中小型活动中进行快速荧光测试，由于实验室级荧光读取器的复杂性和成本，这在以前是不可行的。如本发明的背景技术中所提到的，基于荧光的测试通常比当前的otc方法更灵敏。当通过大规模实施方案放大时，这种敏感性差异可以节省大量人员。第二，与诸如手持式紫外线灯之类的其他价格较低的现场荧光读取方法相比，本发明使得能够一致且安全地读取荧光信号。这是一项重要的改进，因为荧光信号的可读性对环境和用户习惯敏感，这可能导致错误的读数。
附图说明
23.图1是根据本发明的设备的壳体的透视图的示意图，该壳体具有用于保持测定保持器301的滑动构件；
24.图2是图1的设备的侧视图的示意图，其中，插入测定保持器301；
25.图3是图1的设备的后视图的示意图；
26.图4是图1的设备的俯视图的示意图，其中，插入测定保持器301；
27.图5是图1的设备的仰视图的示意图，其中，插入测定保持器301；
28.图6是图1的设备的透视截面图的示意图，其中，插入测定保持器301但是去除上壳体101；
29.图7是图1的设备的透视截面图的示意图，其中，未示出上壳体101和测定保持器
301；
30.图8是从图1的设备的底部看的透视截面图的示意图，其中，示出了插入了测定保持器301，但是未示出下壳体102；
31.图9是从图1的设备的底部看的透视截面图的示意图，其中，未示出下壳体102；和
32.图10示出了优选实施例的设备组件的分解图，包括测定保持器301作为参考；
33.图11示出了测定保持器301和待分析测定物401的组件和子部件的分解图；
34.图12示出了放置在测定保持器301的底壳体3012中的待分析测定物401的透视截面图。
具体实施方式
35.本发明公开了一种用于一致且准确地现场读取荧光信号的设备，其中用户无需使用电子传感器直接定性地读取荧光。尽管为了促进对本发明原理的理解，本发明可以以许多不同的公式来体现，但是将参考附图中示出的实施例，表和特定语言将用于描述它们。然而，将理解的是，由此不意图限制或限制本发明的范围。如在此描述的本发明的原理的任何改变和进一步的实现被预期为与本发明相关领域的技术人员通常会想到的。
36.术语和定义：
37.在本发明中，用户是物理上操作该设备的操作者，并且受试者是被提取样本的人或动物。
38.测定是指或意指用于分析临床样本并告知样本成分的测试机制，分析物是指可以在样本中发现的目标物质。
39.荧光源是指或意指可以在光激发时，重新发光的荧光团或生化化合物。例如，荧光源可以指绿色荧光蛋白或荧光微球，例如聚苯乙烯纳米颗粒。
40.目标部位是指或意指传递结果的测定的位置，区域，组件，通道或侧面，或反应最剧烈的位置。例如，它可能是用于免疫测定的抗体标记条带，其中条带上的荧光信号告知目标分析物可检测到的存在。或者，可以是微流控系统中的反应室。
41.用于产生激发光的光源或激发光源是指能够以合理的强度发射荧光源的有效吸收光谱内的频率的光的装置或机构。例如，频率为365nm的0.5w发光二极管可以用作激发光源，因为它发出的光可以连续地诱发聚苯乙烯荧光微球的荧光，并且发出的荧光的强度是普通用户可见的。
42.在如图1
‑
12所示的根据优选实施例的典型配置中，本发明提供了一种通过提供一致且准确地荧光信号现场读取用于快速展示冠状病毒的设备，使用该设备，普通人无需借助专业医生的帮助就可以在家中进行冠状病毒测试。使用该设备，用户不需要电子传感器就可以直接定性地读取荧光。
43.图1示出了根据本发明的设备的壳体的透视图，其具有可滑动地插入到设备的内部腔室中的测定保持器301。图2示出了该设备的侧视图，其中可滑动地插入测定保持器301。该设备与其纵向对称。图3示出了该设备的后视图。图4示出了该设备的俯视图，其中插入测定保持器301。图5示出了该设备的仰视图，其中可滑动地插入测定保持器301。图6示出了设备的下壳体102的透视截面图，其中为了说明目的，可滑动地插入测定保持器301但是去除上壳体101。图7示出了从设备的下壳体102的底部看的透视截面图，未示出上壳体101，
并且未插入测定保持器301。图8示出了从设备的底部透视看的截面图，其中为了说明目的，可滑动地插入测定保持器301，而没有示出下壳体102。图9示出了从设备的内部结构的底部看的透视截面图，其中没有下壳体102。图10示出了优选实施例的设备组件的分解图，包括测定保持器301作为参考。图11示出了优选实施例的测定物/保持器复合物301和401的分解图。图12示出了放置在测定保持器301的底壳体3012中的待分析测定物401的透视截面图。该设备用于分析检测人类唾液，血液，呼吸道拭样等样本的测定物。该测定使用荧光信号传递测试结果。因此，该测定包含与样品中存在的目标分析物相互作用的荧光源，并在准备进行分析该测定物时将其传递到目标部位。通过将激发光照射到目标区域来分析该测定物。如果存在荧光源，则激发光激活荧光源并引起荧光发射，即荧光信号。该设备还包括：激发光源，用于产生激发光，以激发所述靶向测定物的所述荧光源以产生所述荧光；用于精确地发射较少噪声或反射的激发光和荧光的组件；用于以最小健康风险通过裸眼一致地检测荧光源的组件；和需要较少培训的用户控制系统。此处，用于精确地发射激发光的组件是指影响光的方向，强度，散布或频率，或荧光信号的信噪比或光发射的时间稳定性的设备设计、电子设备、光学器件或空间布置。例如，可以是将激发光源直接面向目标部位的布置，也可以是将激发光聚焦在目标部位上的光学器件。一致且安全地检测荧光源的组件是指在晃动，计时，角度，距离，方向或设备设计，小工具，电子设备，程序和光学器件方面限制用户可变性的设备设计，小工具，电子设备或程序。防止过热或操作员对光的有害暴露。例如，它可以是自动程序，在一段时间后关闭激发光源(通常覆盖紫外光谱)。用户控制系统包括用户可以与之进行物理交互以更改设备的参数或功能状态的界面。例如，它可以是按钮，旋钮，屏幕，也可以是单独的计算机程序。
44.对于呼吸道病毒感染检测，妊娠检测或血清学癌症筛查等许多使用场景，该测定是由一条长而窄的侧向流动检测条来进行的，该检测条可吸收液体样本。快速或poc/otc测试尤其如此，以节省时间并减少所需的样本量。在本发明的一个优选实施例中，还参考图11，该测定是快速的covid
‑
19荧光免疫测定401。尽管测试条本身通常包含运行有效测试所需的所有组件，但是出于稳定性考虑，通常将测试条封闭在测定保持器中。图11展示了封闭在测定保持器中的测试条的示例，该测定保持器更多地设计用于非专业用途。测定401包括一系列处理待处理样品的组件，从最初到与样品接触到最后一个是：样品垫405，荧光微球储层404，目标区域402，可以进一步分解向下延伸到阳性带(t型带)4021和控制带(c型带)4022，最后是吸附垫403。所有这些组件均置于不渗透材料(例如pvc)和硝化纤维素膜制成的背衬上，以实现毛细作用。当准备好临床样本后，例如将其完全溶解在缓冲液中或完成化学分解，则将样品添加到样品垫405中。样品垫405轻微吸附样本并将样本保留在测定401内。被吸附的样本由于毛细作用将向另一端移动。当样本行进测定时，它遇到该测定的荧光源：分析物特异性的荧光微球储层404。荧光微球随样本一起行进，但是当covid
‑
19分析物，例如sars
‑
cov
‑
2n蛋白或s蛋白存在于样品，荧光微球或荧光团中，通过抗体标记与covid
‑
19分析物结合。当它通过目标部位402时，covid
‑
19分析物被预涂在对covid
‑
19分析物具有特异性的阳性带4021上的抗体捕获。结果，附着在covid
‑
19分析物上的荧光团也在阳性带402处停止。荧光团的聚集使其能够发出普通用户肉眼可观察到的荧光信号。那些未附着或未附着covid
‑
19分析物的荧光团可继续与样品的其余部分一起移动。这些最终到达并被吸附垫403存储，这防止了回流。c线4022的工作原理类似。
45.尽管试纸条本身通常包含运行有效测试所需的所有组件，但出于稳定性考虑，通常将试纸条封闭起来。图11示出了被设计用于非专业用途的测定保持器中封闭的测试条的示例。测定保持器301包括上壳体3011和底壳体3012。如图12所示，测试物被放置在底壳体3012中并且通过壁3016固定。两个壳体3011和3012通过在两个部件上发现的成对的连接器3015连接。上壳体3011上有两个开口，包括一个入口3013，在该入口上装有临床样本，例如溶解在转移介质中的血清或呼吸道样本，或其他液体试剂。观察窗3014允许用户从目标部位402，特别是条带4021和4022读取荧光信号。样品入口3013与样品垫405对准。观察窗3014与目标区域402对准并且应当覆盖目标区域402，以便用户可以获得完整视图。外壳3011和3012屏蔽了测定402的与从用户读取结果无关的部件。
46.快速covid
‑
19荧光免疫测定401和测定保持器301的上述机制和布置很好地代表了行业中的类似检验。
47.在本发明的另一个优选实施例中，该设备还包括由上壳体101和下壳体102限定的半封闭腔室，该半封闭腔室用作主干以容纳包括可滑动测定保持器301在内的所有其他部件。腔室的材料由不可渗透的材料制成，可以使光传输通道免受悬浮颗粒和环境光噪声的影响。
48.在本发明的另一个优选实施例中，设备主干使用指定的颜色，例如黑色或深灰色，以更好地对比信号荧光。
49.在本发明的另一优选实施例中，该设备包含对接空间108，其中该设备被设计成使得对接空间108紧密地适合并固定待分析的测定物401或测定物/保持其复合物401和301的形状。该设备还包括多个锚点，这些锚点减少了所有其他组件的空间变异性，因此限制了用户在读取过程中的晃动或方向错误方面的变异性。
50.在本发明的另一个优选实施例中，在这样的样品干燥的情况下，有意将测定保持器301的样品入口留在设备的对接空间108的外部，以便用户可视地监视样品。
51.在本发明的另一个优选实施例中，其中腔室101和102的外壳由pvc制成。
52.在本发明的另一优选实施例中，光源107包括两个频率为365nm和功率为0.5瓦的uv
‑
c led灯。
53.在本发明的另一个优选实施例中，该设备还包括观察窗103和多个光谱滤光片，例如彩色的半透明pvc膜，其阻挡某些频率的光。为了防止荧光和激发光的重合或避免人体直接暴露于不必要的和非预期的光，对观察窗103或光源107进行了多次光谱过滤。
54.在本发明的另一优选实施例中，出于安全性和敏感性的考虑，激发光源107被布置为不直接暴露于使用者的眼睛或不对使用者的眼睛施加任何强烈的反射。
55.在本发明的另一优选实施例中，将激发光源107安装成使得激发光主要照射待分析的测定物401的目标部位402。
56.在本发明的另一个优选实施方案中，待分析的测定物的目标部位和激发光源以45度角和10mm距离放置以求最小的偏转。
57.在另一个优选实施例中，本发明提供了一种用于操作用于辅助分析待分析的测定物的荧光源的设备的方法，并且该设备还包括激发光源的程序，大小和多个规格，对接空间和电源按钮。该方法包括以下步骤：
58.(a)确保激发光源的程序，大小和多种规格与待分析的测定物相匹配；
59.(b)将待分析的测定物插入对接空间；
60.(c)通过按下电源按钮来打开设备；
61.(d)发出激发光以照亮待分析的测定物的目标部位并激发待分析的测定内的荧光源，然后发出荧光作为响应；和
62.(e)用户根据待分析的测定物的使用说明来观察目标部位。
63.参考图10示出了优选实施例的设备组件的分解图，而图11示出了待分析测定物/保持器复合物的组件。测定的组件可以分为两类：设备类别和测定类别。
64.设备类别包括外壳和主要组件以及接口组件。更具体地说，该设备包括以下部件：
65.101
–
上壳体
66.102
–
下壳体
67.103
–
观察窗
68.104
–
插入开口
69.105
–
连接器
70.106
–
印刷电路板(照明)
71.107
–
激发光源(灯珠)
72.108
–
主对接空间
73.109
–
印刷电路板(控制面板)
74.110
–
占位符
75.111
–
按钮开口
76.112
–
充电端口的开口
77.113
–
对接空间
78.且该接口包括以下内容：
79.201
–
状态指示灯
80.202
–
按钮接口
81.203
–
充电端口
82.204
–
可充电电池
83.205
–
按钮触发器
84.根据预期用途，可以采用多种方法设计检测方法并与设备一起使用。图10和图11举例说明了一个示例，该示例具有一种商业通用的设置，该设置使用侧流荧光免疫测定作为待分析的测定物，包括以下内容：
85.301
‑
测定保持器
86.3011
–
测定保持器的上壳体(301的子组件)
87.3012
–
测定保持器的下壳体(301的子组件)
88.3013
–
样品/缓冲液/分析物添加入口(301的子组件)
89.3014
–
测定保持器的观察窗(301的子组件)
90.3015
–
测定保持器的连接器(301的子组件)
91.3016
–
待分析的测定物放置板(301的子组件)
92.3017
–
空腔(301的子组件)
93.401
‑
待分析的测定物(测试试纸条)
94.402
‑
待分析的测定物的目标部位(401的子组件)
95.4021
‑
待分析的测定物的控制线(402的子组件)
96.4022
‑
待分析的测定物的诊断线(402的子组件)
97.403
‑
待分析的测定物的吸附垫(401的子组件)
98.404
‑
待分析的测定物的荧光微球储层(401的子组件)
99.405
–
待分析的测定物的样品垫(401的子组件)
100.就空间布置而言，该设备的所有基本组件在上壳体101和下壳体102之间的空间中连接在一起。两个壳体通过成对的连接器105相互固定。
101.在内部，上壳体和下壳体彼此紧密连接，从而在空间上固定了较小的组件，包括：激发光发射器107，灯的印刷电路板106和控制/功率组件202、205、109、204。激发光发射器107焊接到pcb 106，形成光/板复合体。两个光/板复合体安装在下壳体102的边缘的顶部，每侧一个，激发光发射器107面对主对接空间108。pcb106既用于向发射器107供电，又用于防止光反射到对接空间。在本发明的优选实施例中，激发光发射器107以45度角定位，距目标部位402为10mm的距离。这种布置将光发射器107从使用者的视野内隐藏起来，但是使激发光完全覆盖目标部位。
102.控制/电源组件位于后腔中。按钮接口202位于最上面的层上，其位于触发器205的顶部。按钮202和按钮触发器205都位于主控制pcb 109上。电缆充电端口203连接到主控制pcb109的侧面。可充电电池204存储在控制pcb下方的下部隔室中。在一些实施例中，将使用可替换的干电池代替可再充电电池204，并且因此将移除充电端口203。
103.外壳在外部具有多个用于不同用途的开口。在前面有一个用于测定的入口104，通向主对接空间108。外壳101和102，入口104和主对接空间108的形状应当适合测定保持器301，使得目标部位402可以被激发光发射器107完全照亮。在后面有一个适合电缆充电端口203的入口112。在顶部有两个大开口。其中之一是观察窗103。观察窗103垂直位于目标部位402上方，并与测定保持器的观察窗3014对齐，以便用户可以查看目标部位402而不会变形。观察窗103的尺寸应与目标部位402的尺寸相同；然而，观察窗103不应太宽，以使激发光发射器107直接暴露给使用者，从而使用者可以在不担心安全的情况下获得目标部位的完整视野。另一个开口是按钮界面的开口111，它为按钮组202和205以及状态指示灯201留出了空间。
104.在一个优选的实施例中，上壳体101和下壳体102由pvc制成，其是不可渗透材料的示例，其可以使光传输通道免受悬浮颗粒和环境光噪声的影响。此外，将壳体101、102的颜色设置为黑色以更好地对比信号荧光，该信号荧光通常是浅蓝色或绿色。
105.在一个优选的实施方案中，使用两个频率为365nm和功率为0.5瓦的uv
‑
c led灯作为激发光发射器107。光源的选择可以根据用途而有很大不同，但是在诊断领域中大多数商业上可获得的荧光团被激发为通过该波长和功率的可见光水平。尽管在大多数情况下不需要，但是可以将光谱滤光片应用于观察窗或光源，以防止荧光和激发光重合，或滤除危险频率的光。
106.出于便携性考虑，本发明的电子电路被植入印刷电路板106和109中。电子设备由可充电电池204供电。当用户按下按钮202时，该信号激活状态指示灯201和激发光发射器107。系统打开20秒钟后自动关闭，以防止过热和对测定物或眼睛的潜在损害。
107.用于一致和准确的现场读取荧光信号的设备的以上详细描述是说明性的，而不是限制性的。在范围的限制内可以添加更多的实施例。
108.在不脱离权利要求书所阐述的范围和精神的情况下，任何修改和采用仍将在本发明的保护范围之内。